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第十章生物碱教学内容：10.1概述10.2结构与分类10.3理化性质与检识10.4提取分离10.5结构研究10.6实例:麻黄、黄连、洋金花、延胡索、乌头、苦参、防己、马钱子、紫杉10.1概述（一）定义生物碱是指除了生物界必需的含氮有机化合物氨基酸、氨基糖、肽、蛋白质、核酸、核苷酸、含氮维生素以外的所有含氮有机化合物。大多结构复杂、具有碱性且生物活性显著。（二）分布1、多分布于双子叶植物中，少数单子叶植物和裸子植物也有分布。双子叶——防己科、婴粟科、夹竹桃科、毛茛科、豆科、马钱科、茄科、小檗科等。单子叶——兰科、百合科、石蒜科、禾本科等。裸子——麻黄科、红豆杉科、三尖杉科等。2、多集中分布于植物的某一器官。金鸡纳——树皮；麻黄——髓；3、多种生物碱共存且结构类似。（三）存在形式盐的形式——在植物体中，多数生物碱往往和有机酸结合成盐。游离形式——少数碱性极弱的生物碱以游离态存在，如酰胺类。苷的形式——生物碱苷。（四）生物活性镇痛——吗啡、延胡索乙素解痉——阿托品抗菌消炎——小檗碱、蝙蝠葛碱抗癌——喜树碱、秋水仙碱、长春新碱止咳平喘——麻黄碱10.2结构与分类按氮原子所在基本母核的结构来分类（一）杂环类生物碱1、吡咯类生物碱NHNH3CCH3COO-+NNCH3CH3O四氢吡咯水苏碱红古豆碱2、哌啶类生物碱简单哌啶类和双稠哌啶类NHNNCOOCH3CH3NNO哌啶喹诺里西啶槟榔碱苦参碱NCOOHCH3槟榔次碱3、吲哚里西啶吡咯和哌啶共用一个氮原子。NNOO吲哚里西啶一叶楸碱4、莨菪烷类生物碱（茄科生物碱）是由四氢吡咯和六氢吡啶并合而成的杂环。莨菪碱是由莨菪醇和莨菪酸缩合而生成的酯。NCH3OCCHOCH2OH莨菪碱5、喹啉类NNCH3OCHOHNCHCH2NNOOOCH3OHRR=HR=OH喜树碱10-羟基喜树碱喹啉奎宁6、异喹啉类（1）简单异喹啉（2）苄基异喹啉、双苄基异喹啉（3）原小檗碱型（4）阿朴芬型（5）原阿朴芬型（6）吗啡烷型（7）普托品型N异喹啉NOOOCH3OCH3+OH-小檗碱NCH3OCH3OOCH3OCH3延胡索乙素NOCH3CH3OCH3OCH3ONCH3OCH3OCH3OCH3OHONCH3CH3OH粉防己碱（汉防己甲素）罂粟碱7、吲哚类NHNHOGlc吲哚靛青苷NHNNOCH3吴茱萸碱（二）萜类生物碱基本骨架为萜类，氮原子在环状结构内或侧链上。单萜生物碱——肉苁蓉碱、龙胆碱倍半萜生物碱——石斛碱二萜生物碱——乌头碱类、紫杉醇三萜生物碱——小叶黄杨碱ANOO龙胆碱（三）甾体生物碱主要分布于百合科藜芦属、贝母属和茄科的茄属植物中。HNOHNHCH3CH3HNHOCH3CH3HOHCH3OHHHHHHHHH环常绿黄杨碱D贝母碱（四）有机胺类生物碱N原子不在杂环内，在环外。（伪）麻黄碱OCH3OCH3OOCH3OCH3NHCCH3O秋水仙碱CHCH3NHCH3CHOHH3COHOH3COCOO(CH2)4NHCNH2NH益母草碱（五）肽类生物碱（环肽类生物碱）结构特点是含有二个以上酰胺基，且大多属于大环结构，不同于一般的肽类，组成它们的氨基酸大多是不常见的氨基酸。有十三环、十四环、十五环肽生物碱。10.3生物碱的理化性质与检识一、物理性质（一）性状多数为结晶形固体，少数为非晶形粉末；少数为液体——烟碱、毒芹碱、槟榔碱等。多数无色或白色，少数有颜色——小檗碱、蛇根碱为黄色。多数味苦。少数小分子生物碱和液态生物碱有挥发性——麻黄碱、烟碱。（二）旋光性大多数生物碱有旋光性，多呈左旋。（三）溶解性1、游离生物碱亲脂性生物碱（叔胺碱、仲胺碱）——易溶于亲脂性有机溶剂、酸水，难溶于水。亲水性生物碱（季胺碱、含氮氧化物）——可溶于水、甲醇、乙醇，难溶于亲脂性有机溶剂。特殊官能团生物碱（含酚羟基、羧基）——既溶于酸水也溶于碱水，PH8~9时溶解度最差，易沉淀。2、生物碱盐一般易溶于水，可溶于醇，难溶于亲脂性有机溶剂。水溶性大小规律：无机酸盐有机酸盐含氧酸盐卤代酸盐小分子有机酸盐大分子有机酸盐N:+HCLN:HCL-二、化学性质(一)碱性生物碱分子中氮原子具有孤电子对，可以给出电子，也可以接受质子，因此具有碱性。1、碱性强弱的表示方法取决于它吸引质子或给出电子的能力。主要和氮原子的杂化方式、电子云密度及立体效应有关。用其共轭酸的pKa值表示。pKa值越大，碱性越强。2、碱性强弱的一般规律季铵碱（强碱pKa11）脂胺、脂氮杂环（中强碱pKa8~11）芳胺、芳氮杂环（弱碱pKa3~7）酰胺类（极弱碱pKa2）3、影响碱性的因素（1）氮原子的杂化方式SP3SP2SPOO33+OH_PKa11.5OCHOCHNNHNRPKa9.55.4中性CN（2）电效应1）诱导效应氮原子周围引入供电子基，使之电子云密度增加，碱性增强。引入吸电子基，则电子云密度减小，碱性减弱。常见吸电子基：苯基、羰基、羟基、双键、醚键、酯键。常见供电子基：烷基CHOHCHCH3NHCH3CHOHCHCH3NH2CH2CHCH3NH2pKa9.589.009.80麻黄碱去甲麻黄碱苯异丙胺2）共轭效应当有供电子基或吸电子基与氮原子处在同一共轭体系中，引起氮原子的电子云密度增加或降低，使碱性增强或降低的效应。此效应不受碳链长短的限制。NNCH3CH3NHCOOCH3CH313NH2NH2pKa1.767.8810.644.58毒扁豆碱环己胺苯胺（3）立体效应氮原子的周围取代基的构型、构象等立体因素，如果阻碍氮原子与质子的结合，则使其碱性降低。（4）氢键效应生物碱成盐后，氮原子附近如有羟基、羰基并可与氮上的氢形成分子内氢键，使质子不易离去，从而碱性增强。CHOHCHCH3NHCH3CHOHCHCH3NCH3CH3pKa9.589.30麻黄碱甲基麻黄碱CH3HNCH3HHC6H5OHHCH3HNCH3HHHOHC6H5麻黄碱的共轭酸伪麻黄碱的共轭酸（二）沉淀反应1、反应条件：酸水或酸性稀醇中进行。2、沉淀试剂：碘化物复盐、重金属盐、大分子有机酸。常用的有：碘化铋钾（橘红色沉淀）、碘化汞钾（类白色沉淀）、碘-碘化钾（红棕色沉淀）；硅钨酸（类白色或淡黄色沉淀）、苦味酸（黄色沉淀）；雷氏铵盐（即硫氰酸铬铵，与季铵碱生成红色沉淀）。3、应用：（1）检识生物碱的存在（预试）（2）鉴定、检识(反应、薄层显色)（3）追踪提取分离生物碱（4）分离纯化季铵碱（5）定量（组成固定）4、注意事项：假阳性干扰成分：蛋白质、多肽、鞣质解决方法：酸水提取液碱化后用氯仿萃取，再用酸水反萃氯仿，得到的酸水再进行沉淀反应。（三）显色反应不同生物碱可与特殊试剂生成不同颜色，用于鉴别。Mandelin试剂（1%铬酸铵浓硫酸）：莨菪碱、阿托品——红色奎宁——淡橙色吗啡、士的宁——蓝紫色可待因——兰色Marquis试剂（30%甲醛0.2ml与10ml硫酸的混合液）：吗啡——橙色至紫色可待因——洋红色至黄棕色10.4生物碱的提取分离（一）总碱的提取1、水或酸水提取法可直接用水（提取盐、季铵碱）或用0.5%~1%的酸水提取。•常用酸：盐酸、硫酸、醋酸、酒石酸•方法：渗漉、浸渍•缺点：提取液体积大、杂质多，需净化净化方法：（1）阳离子交换树脂法用强酸型阳离子交换树脂，多为磺酸型。交联度4%~8%。先用中性水洗脱杂质，再用酸水或盐水洗脱生物碱；也可先将树脂用氨水碱化（PH10左右），再用有机溶剂回流提取生物碱。（2）有机溶剂萃取法：先碱化，后萃取。（3）加碱沉淀法：一般加石灰乳沉淀。此法用于生产。2、醇提法游离生物碱及生物碱盐的提取均可。方法：渗漉、浸渍、回流、连续回流。缺点：常含有亲脂性杂质，可利用生物碱溶于酸水，杂质不溶而加以纯化。3、亲脂性有机溶剂提取法操作：先用碱水湿润药材，使生物碱游离，再用有机溶剂提取。方法：浸渍、回流、连续回流。碱水：10%氨水、石灰乳或碳酸钠。如为弱碱，可直接用有机溶剂提取。（二）生物碱的分离1、粗分（不同类型生物碱的分离）总碱酸水溶解，氯仿萃取氯仿层酸水层1%NaOH萃取氨水PH9~10,氯仿萃取碱水层氯仿层氯仿层碱水层NH4Cl盐析(非酚性弱碱)1%NaOH萃取(季胺碱)氯仿萃取碱水层氯仿层氯仿层NH4Cl盐析(非酚性叔胺碱)(酚性弱碱)氯仿萃取氯仿层(酚性叔胺碱)2、生物碱单体的分离（1）利用碱性差异：PH梯度萃取法将生物碱混合物溶于酸水中，逐步加碱，每调节一次，用氯仿萃取，则生物碱依照碱性由弱到强被依次提出。将生物碱溶于有机溶剂中，用PH由高到低的酸性缓冲液依次萃取，生物碱则由强到弱被依次萃出。（2）利用生物碱或生物碱盐的溶解度不同氧化苦参碱极性大于苦参碱，难溶于乙醚，将总碱溶于氯仿后加乙醚，氧化苦参碱则沉淀析出。草酸麻黄碱的水溶性小于草酸伪麻黄碱，浓缩后草酸麻黄碱则析出结晶。（3）利用特殊功能基分离•酚性生物碱溶于稀氢氧化钠中。•含羧基的生物碱溶于碳酸氢钠中。•含内酯的生物碱溶于热氢氧化钠中。（4）色谱法•常用氧化铝、硅胶作吸附剂。•用石油醚、氯仿、二氯甲烷、甲醇等混合溶剂作洗脱剂。注意：硅胶作吸附剂时，需加碱在洗脱剂中，抑制硅胶的酸性。HPLC：反相、离子交换；碱性流动相（三）水溶性生物碱的提取分离1、沉淀法:雷氏铵盐NH4[Cr(SCN)4(NH3)2]含季铵碱的水溶液加稀无机酸调PH2~3，加新鲜配制的雷氏铵盐饱和水溶液，即可生成生物碱雷氏盐沉淀，过滤，沉淀过氧化铝柱净化，用丙酮洗脱，在洗脱液中加硫酸银分解生物碱雷氏盐沉淀，生成生物碱的硫酸盐，再加氯化钡使生物碱转化为盐酸盐，浓缩析2、溶剂法用正丁醇、异戊醇或氯仿-甲醇混合液反复萃取。10.5生物碱的检识（一）理化检识利用生物碱的沉淀反应可检识某中药中是否含有生物碱。方法：取中药酸水提取液，用氨水碱化，氯仿萃取，氯仿层，再用酸水萃取，分取酸水层，置3支试管中，分别加入三种生物碱沉淀试剂，如都产生沉淀，则该中药含有生物碱。避免蛋白质、多肽、鞣质引起假阳性反应。（二）色谱检识1、TLC吸附剂：（1）硅胶：常用缓冲液或0.1~0.5mol/L的稀氢氧化钠代替水铺板，克服拖尾；或在展开剂中加入二乙胺、氨水等；或用浓氨水饱和。（2）氧化铝：分离亲脂性较强的生物碱。展开剂：多用亲脂性的混合溶剂；分离季铵碱多用正丁醇-冰醋酸-水系统。显色剂：常用改良碘化铋钾，显橘红色。2、纸层析（PC）以水、甲酰胺为固定相，或以酸性缓冲液作为固定相进行多缓冲纸色谱。PH65432原点。以水为固定相时，用正丁醇-冰醋酸-水为展开剂。以甲酰胺或酸性缓冲液为固定相时，多以氯仿、乙酸乙酯等亲脂性有机溶剂为展开剂。3、HPLC：反相、离子交换碱性流动相10.6生物碱的结构研究一、化学法根据C-N裂解产物推测N原子的连接方式。1、Hofmann降解（彻底甲基化反应）（1）原理伯、仲、叔胺经CH3I和Ag2O全甲基化生成季胺碱，季胺碱经加热脱水、C-N裂解，生成烯烃、三甲胺，根据烯烃的结构推测N原子的连接方式。脂肪胺——一烯；（一次降解）N原子二价连接在环上——二烯；（二次降解）N原子三价连接在环上——三烯；（三次降解）RCH2CH2NCH3CH3CH3IAg2ORCHHCH2NCH3CH3CH3OHRCHCH2+N(CH3)3+H2O加热NCH3CH3IAg2ONCH3CH3OH加热NCH3CH3Hofmann+N(CH3)3+H2O（2）反应条件N原子的β位碳上有H，且能在反应中被消除。喹啉、吡啶、异喹啉等不能进行Hofmann降解2、Emde降解是改进的Hofmann降解。将季铵碱用钠汞齐还原，使C-N裂解，从而使不能发生Hofmann降解的生物碱发生降解反应。3、vonBraun降解试剂：溴化氰（CN-Br）原理：直接使叔胺的C-N断裂，生成二取代氨基氰和溴代烷，二取代氨基氰水解、脱羧生成仲胺。不含β-H的生物碱也可降解。二、波谱法（一）紫外光谱特征1、吡啶类、喹啉类等生物碱2、与溶液的PH值有关（二）红外光谱（三）氢谱、碳谱（四）质谱1、α-裂解：N原子的α-C和β-C之间的键2、RDA裂解：原小檗碱型生物碱C环的裂解，产生a,b,c,